[发明专利]一种季节性蓄热太阳能低温热发电复合地源热泵系统

权利要求书

1.一种季节性蓄热太阳能低温热发电复合地源热泵系统，其系统包括太阳能集热器（1）、蓄热系列土壤换热器（2）、供冷系列土壤换热器（3）、第一热交换器（4）、第二热交换器（5）、第三热交换器（6）、膨胀机（7）、发电机（8）、地源热泵冷热水机组（9）、增压泵（10）、第一循环泵（11）、第二循环泵（12）、第三循环泵（13）、第四循环泵（14）、蓄电装置（24）等组成；所述的太阳能集热器（1）的出口经第一阀门（15）与第一热交换器（4）的热侧入口相连；所述的第一热交换器（4）的热侧出口经第一循环泵（11）与太阳能集热器（1）的进口相连；第一热交换器（4）的冷侧出口经膨胀机（7）与第二热交换器（5）的热侧入口相连；所述的第二热交换器（5）的热侧出口经增压泵（10）与第一热交换器（4）的冷侧入口相连；第二热交换器（5）的冷侧出口经第三阀门（17）与蓄热系列土壤换热器（2）的入口相连；所述的蓄热系列土壤换热器（2）的出口经第二循环泵（12）与第二热交换器（5）的冷侧入口相连；所述的膨胀机（7）的出口依次与发电机（8）、蓄电装置（24）相连；所述的供冷系列土壤换热器（3）的出口经第三循环泵（13）、第五阀门（19）与第三热交换器（6）的热源侧入口相连；所述的第三热交换器（6）的热源侧出口与供冷系列土壤换热器（3）的入口相连；所述的地源热泵冷热水机组（9）供热工况时的蒸发器侧冷冻水出口经第六阀门（20）、第四阀门（18）与蓄热系列土壤换热器（2）的入口相连；地源热泵冷热水机组（9）供热工况时的蒸发器侧冷冻水入口经第二阀门（16）、第二循环泵（12）与蓄热系列土壤换热器（2）的出口相连；地源热泵冷热水机组（9）供热工况时的蒸发器侧冷冻水出口经第六阀门（20）与供冷系列土壤换热器（3）的入口相连；地源热泵冷热水机组（9）供热工况时的蒸发器侧冷冻水入口经第三循环泵（13）与供冷系列土壤换热器（3）的出口相连；地源热泵冷热水机组（9）供热工况时的冷凝器侧冷却水出口经第九阀门（23）、第四循环泵（14）与用户的供水管道相连；地源热泵冷热水机组（9）供热工况时的冷凝器侧冷却水入口与用户的回水管道相连；所述的第三热交换器（6）的热源侧入口与太阳能集热器（1）的出口相连；第三热交换器（6）的热源侧出口经第七阀门（21）、第一循环泵（11）与太阳能集热器（1）的入口相连；第三热交换器（6）的用户侧入口经第四循环泵（14）与用户的供水管道相连；第三热交换器（6）的用户侧出口经第八阀门（22）与用户的回水管道相连。

2.根据权利要求1所述的一种季节性蓄热太阳能低温热发电复合地源热泵系统，其特征在于：所述的第一热交换器（4）、第二热交换器（5）和第三热交换器（6）为水冷换热器。

3.根据权利要求1所述的一种季节性蓄热太阳能低温热发电复合地源热泵系统，其特征在于：所述的蓄电装置（24）可分别向蓄热循环泵、供冷循环泵和生活用电设备供电。

4.根据权利要求1所述的一种季节性蓄热太阳能低温热发电复合地源热泵系统，其特征在于：所述的第一热交换器（4）、增压泵（10）、第二热交换器（5）、膨胀机（7）与发电机（8）构成低温热发电装置，该装置工作过程采用有机朗肯循环，可采用有机工质包含R134a、R22、R245fa、R407c、R123等。

5.根据权利要求1所述的一种季节性蓄热太阳能低温热发电复合地源热泵系统，其特征在于：所述太阳能集热器（1）出口流体温度高于80℃，可为高温集热器、中高温集热器、中低温集热器，可采用聚光型、真空管型、平板型集热器。

6.根据权利要求1所述的季节性蓄热太阳能低温热发电复合地源热泵系统的运行方式，其特征在于：所述的季节性蓄热太阳能低温热发电复合地源热泵系统的运行方法包括以下六种运行模式：

该系统运行于所述的太阳能热发电土壤蓄热模式，该模式运行在非供暖期或是供暖期系统停止供暖时，打开增压泵（10）、第一循环泵（11）、第二循环泵（12）、第一阀门（15）、第三阀门（17），关闭其余阀门，将太阳能集热器（1）收集到的太阳热通过第一热交换器（4）把热量传递给有机工质，推动膨胀机（7）做功、发电机（8）发电，所发电量用于驱动第一循环泵（11），多余电量存入蓄电装置（24）中，用于其它生活用电，低温热发电装置冷凝热通过第二热交换器（5）蓄存在蓄热系列土壤换热器（2）中；

该系统运行于所述的太阳能热发电土壤蓄热—土壤直接供冷模式，该模式运行在供冷初期，此时埋管换热器周围土壤温度较低，用户冷负荷比较小，打开增压泵（10）、第一循环泵（11）、第二循环泵（12）、第三循环泵（13）、第四循环泵（14）、第一阀门（15）、第三阀门（17）、第五阀门（19）、第八阀门（22），关闭其余阀门；此时，太阳能低温热发电装置所发电量用于驱动第一循环泵（11）、第二循环泵（12）、第三循环泵（13）、第四循环泵（14），多余电量存入蓄电装置（24）中，用于其它生活用电，低温热发电装置冷凝热通过蓄热系列土壤换热器（2）蓄存在其周围土壤中；在进行太阳能低温热发电对蓄热系列土壤换热器（2）周围土壤蓄热的同时，由供冷系列土壤换热器（3）取冷并通过第三热交换器（6）供给用户；

该系统运行于所述的太阳能热发电土壤蓄热—地源热泵供冷模式，该模式运行在供冷中后期，供冷系列埋管换热器周围土壤温度较高，达不到供冷要求，或者用户冷负荷较大，土壤直接供冷难以满足要求；此时，打开增压泵（10）、第一循环泵（11）、第二循环泵（12）、第三循环泵（13）、第四循环泵（14）、第一阀门（15）、第三阀门（17）、第六阀门（20）、第九阀门（23），关闭其余阀门，此时，太阳能低温热发电装置所发电量用于驱动第一循环泵（11）、第二循环泵（12）、第三循环泵（13）、第四循环泵（14），多余电量存入蓄电装置（24）中，用于其它生活用电，低温热发电装置冷凝热通过蓄热系列土壤换热器（2）蓄存在其周围土壤中；在进行太阳能低温热发电对蓄热系列土壤换热器（2）周围土壤蓄热的同时，利用供冷系列土壤换热器（3）取冷作为地源热泵冷热水机组（9）的冷源对用户供冷，冷凝热蓄存在供冷系列土壤换热器（3）周围土壤中；

该系统运行于所述的太阳能直接供暖模式，该模式运行在供暖初期或供暖末期用户热负荷较小时，若太阳能集热器（1）集热量可以单独满足供暖需求，打开第一循环泵（11）、第四循环泵（14）、第七阀门（21）、第八阀门（22），关闭其余阀门，将太阳能集热器（1）收集到的热量通过第三热交换器（6）直接供给用户；

该装置运行于所述的太阳能—地源热泵供暖模式，该模式运行在供暖中期，太阳能集热器不能单独满足供暖需求时，启动地源热泵冷热水机组（9）辅助供暖，打开第一循环泵（11）、第二循环泵（12）、第三循环泵（13）、第四循环泵（14）、第二阀门（16）、第四阀门（18）、第六阀门（20）、第七阀门（21）、第八阀门（22）、第九阀门（23），关闭其余阀门，用太阳能和地源热泵进行供暖，同时将冷量蓄存在蓄热系列土壤换热器（2）、供冷系列土壤换热器（3）周围土壤中；

该装置运行于所述的地源热泵供暖模式，该模式运行在供暖期夜间、阴雪天太阳能集热器不能用于供暖时，打开第二循环泵（12）、第三循环泵（13）、第四循环泵（14）、第二阀门（16）、第四阀门（18）、第六阀门（20）、第九阀门（23），关闭其余阀门，利用蓄热系列土壤换热器（2）、供冷系列土壤换热器（3）从其周围土壤中取热，作为地源热泵冷热水机组（9）的低温热源对用户进行供暖，同时将冷量蓄存在蓄热系列土壤换热器（2）、供冷系列土壤换热器（3）周围土壤中。